一种水基合成切削液润滑剂及其制备方法与应用

摘要

本发明属于金属切削加工润滑领域，公开了一种水基合成切削液润滑剂及其制备方法与应用。该润滑剂由按质量百分比计的40％～50％特殊聚醚，10％～15％羧酸，10％～20％醇胺及水制成，制备方法为：将羧酸、醇胺、水按比例混合，20～35℃下均匀搅拌30～40分钟至溶液透明，加入特殊聚醚，20～35℃下均匀搅拌30～40分钟，制得水基合成切削液润滑剂。本发明的润滑剂性能稳定，具有良好的润滑性、冷却性、清洗性、消泡性及铁屑沉降性能，用于制备水基合成切削液可明显提高其润滑性能，切削液适用于多种金属材料的切削及磨削加工工艺，使用寿命长，可实现零排放。

权利要求

1.一种水基合成切削液润滑剂，其特征在于：所述润滑剂由以下按质量百分比计的原料制备而成：水 15%～40%

醇胺 10%～20%

羧酸 10%～15%

特殊聚醚 40%～50%，以上各物质的百分比之和为100%；

所述的特殊聚醚的结构式是HO(C2H4O)m(C3H6O)nH，重均相对分子量为3800～4200，m：n=4:6；

所述的醇胺为单乙醇胺、三乙醇胺或二甘醇胺中的一种以上。

2.根据权利要求1所述的水基合成切削液润滑剂，其特征在于：所述的羧酸的分子式为CnH2n+1COOH，其中n=8～9。

3.根据权利要求1所述的水基合成切削液润滑剂的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：将羧酸、醇胺、水混合后，在20～35℃均匀搅拌30～40分钟至溶液透明，加入特殊聚醚，在20～35℃均匀搅拌30～40分钟，制得水基合成切削液润滑剂；其中：各物质的含量按质量百分比计如下：水15%～40%、醇胺10%～20%、羧酸10%～15%和特殊聚醚40%～

50%。

4.一种零排放水基合成切削液，其特征在于通过包含如下步骤的方法制备得到：将权利要求1～2任一项所述的水基合成切削液润滑剂添加到水基合成切削液中得到的。

说明书

一种水基合成切削液润滑剂及其制备方法与应用

技术领域

[0001] 本发明属于金属切削加工润滑技术领域，特别涉及一种水基合成切削液润滑剂及其制备方法与应用。

背景技术

[0002] 随着机械加工业的迅速发展，先进的制造技术也得到了很大的提高。在金属切削加工中，由于切削加工材料、加工质量、加工效率的不断提高，对切削液的要求也越来越高。随着世界范围内对环境保护、节约能源的重视，传统的油基切削液由于存在生物降解性差、污染环境等缺点，已向无公害或低公害的水基切削液发展，尤其是合成型水基切削液由于不含油，具有良好的稳定性、冷却性和清洗性，已成为水基切削液研究的一个重要发展方向。合成型水基切削液由于主体为水，水粘度低、成膜性差、承载能力低，摩擦副常处于边界润滑状态，因而摩擦磨损严重，在实际使用中为提高合成型水基切削液的润滑性能，必须加入润滑剂，目前使用的水溶性润滑剂如油酸皂在提高合成型水基切削液的润滑性方面效果还不够理想，未能彻底解决合成型水基切削液润滑性差的问题。

发明内容

[0003] 为了克服现有合成型水基切削液润滑性差的不足，本发明的首要目的在于提供一种水基合成切削液润滑剂，该润滑剂主要应用于制备对排放要求高的零排放水基合成切削液，对于其他对润滑性要求高的切削液也可应用，并能明显提高切削液的润滑性能。

[0004] 本发明的另一目的在于提供上述水基合成切削液润滑剂的制备方法。

[0005] 本发明的目的还在于提供一种由上述润滑剂制备得到的零排放水基合成切削液。

[0006] 本发明的目的通过以下技术方案实现：

[0007] 一种水基合成切削液润滑剂，由以下按质量百分比计的原料制备而成：

[0008]

[0009] 所述的羧酸为碳原子数为8到10的直链或异构羧酸，其分子式为CnH2n+1COOH，n＝7～9。

[0010] 所述的特殊聚醚的结构式为HO(C2H4O)m(C3H6O)nH，重均相对分子量为3800～4200，环氧乙烷单元(C2H4O，简称EO)：环氧丙烷单元(C3H6O，简称PO)的摩尔比即m∶n为
4∶6。

[0011] 所述的醇胺为单乙醇胺、三乙醇胺或二甘醇胺中的一种以上。

[0012] 所述的水为自来水、蒸馏水或去离子水，对产品性能没有影响。

[0013] 上述的水基合成切削液润滑剂的制备方法，包括以下操作步骤：将羧酸、醇胺、水按所述质量百分比混合后，在20～35℃均匀搅拌30～40分钟至溶液透明，加入所述质量百分比的特殊聚醚，在20～35℃均匀搅拌30～40分钟，制得水基合成切削液润滑剂。

[0014] 一种由上述水基合成切削液润滑剂制备得到的零排放水基合成切削液，是将上述润滑剂添加到水基合成切削液中得到的。

[0015] 本发明的原理是：不同EO/PO比例的聚醚其润滑性与亲水亲油性差别较大，本发明采用EO∶PO＝4∶6，分子量为3800～4200的嵌段聚醚作为主润滑剂，其润滑性、亲水亲油性和浸润性得到较好的平衡，同时通过加入羧酸，提高聚醚在切削液中的溶解性，从而发挥良好的润滑作用，如果不添加羧酸，聚醚加入切削液后会使切削液变浑浊，影响切削液产品性能。本发明制备的润滑剂具有良好的润滑性、冷却性、清洗性、消泡性及铁屑沉降性能，按比例添加到水基合成切削液中，可明显提高其润滑性，且不影响产品的稳定性。

[0016] 与现有技术相比，本发明具有如下优点及效果：

[0017] 本发明提供的润滑剂中含有特殊聚醚，可以为制备的水基合成切削液提供良好的润滑性、浸润性和铁屑沉降性，从而适用于多种材料及多种金属切削加工工艺，并且使用寿命长，制备的水基合成切削液使用2年以上，通过特殊设备处理后可循环使用，实现加工过程切削液的零排放。

具体实施方式

[0018] 下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。

[0019] 实施例1

[0020] 将质量分数为10％的异辛酸、10％的单乙醇胺和40％的自来水按加入反应罐中，在20℃的温度条件下均匀搅拌30分钟至溶液透明，再加入40％的特殊聚醚(CH-203，EO∶PO＝4∶6，相对分子量为4000)在20℃的温度条件下均匀搅拌30分钟，制得水基合成切削液润滑剂。

[0021] 实施例2

[0022] 将质量分数为12.5％的异壬酸、15％的三乙醇胺、27.5％的蒸馏水按加入反应罐中，在28℃的温度条件下均匀搅拌35分钟至溶液透明，再加入45％的特殊聚醚(CH-203，EO∶PO＝4∶6，相对分子量为4000)，在28℃的温度条件下均匀搅拌35分钟，制得水基合成切削液润滑剂。

[0023] 实施例3

[0024] 将质量分数为15％的新癸酸、20％的二甘醇胺、15％的去离子水按加入反应罐中，在35℃的温度条件下均匀搅拌40分钟至溶液透明，再加入50％的特殊聚醚(CH-203，EO∶PO＝4∶6，相对分子量为4000)，在35℃的温度条件下均匀搅拌40分钟，制得水基合成切削液润滑剂。

[0025] 实施例4

[0026] 制备含润滑剂的水基合成切削液：

[0027] 将上述实施例1～3制得的润滑剂以及用于对比的现有润滑剂(油酸皂，为切削液常用的润滑剂)添加到广州机械科学研究院有限公司研制生产的GYSyn 101M水基合成切削液中，润滑剂占总质量的20％，水基合成切削液占80％，制得0～3号含润滑剂的水基合成切削液。

[0028] 攻丝扭矩实验是用于评价金属加工切削液切削性能的常用方法，它通过模拟金属加工攻丝切削状态，计算加工过程中的切削液扭矩力来评价切削液的加工性能。将以上制备的含润滑剂的水基合成切削液配制成水溶液，其中含润滑剂的水基合成切削液的质量占5％，水的质量占95％，在德国LAPTAB GII8扭矩试验机上进行扭矩力试验，测试平均扭矩力，测试结果见表1。表中实施例1的含义为实施例1制备的润滑剂，依此类推。

[0029] 表1含润滑剂的水基合成切削液的配方及润滑性能

[0030]切削液编号 添加的润滑剂 平均扭矩力(N)
0 现有润滑剂 280.1
1 实施例1 249.7
2 实施例2 241.9
3 实施例3 236.8

[0031] 可见，添加本发明实施例1～3制得的润滑剂后的1～3号水基合成切削液的攻丝扭矩试验平均扭矩力分别为249.7、241.9、236.8，远低于添加了现有润滑剂的0号水基合成切削液的攻丝扭矩试验平均扭矩力280.1N，表明本发明产品的润滑性很好。

[0032] 另进行铁屑沉降性试验，方法为：取0.5g球墨铸铁粉末(试剂级)，浸泡于100g分别用0-3号含润滑剂的水基合成切削液配制的蒸馏水稀释液中，蒸馏水稀释液中水基合成切削液的加入量占总质量的5％，蒸馏水占95％，摇匀后静置观察沉降情况，同时记录时间，观察球墨铸铁粉末是否完全沉降，上层液体是否澄清，测试结果见表2。

[0033] 表2含润滑剂的水基合成切削液的配方及沉降性能

[0034]切削液编号 润滑剂 沉降情况
0 现有润滑剂 24小时沉降不完全，上层液体不澄清
1 实施例1 12小时沉降完全，上层液体澄清透明
2 实施例2 12小时沉降完全，上层液体澄清透明
3 实施例3 12小时沉降完全，上层液体澄清透明

[0035] 由表2可见，添加了实施例1～3制备的润滑剂的水基合成切削液在铁屑沉降试验中12小时能沉降完全，而添加现有润滑剂的水基合成切削液24小时沉降不完全，可见本发明产品的铁屑沉降性很好。

[0036] 将上述制备的0号和1号含润滑剂的水基合成切削液按照常规使用方法用于金属切削加工，使用前检测含润滑剂的水基合成切削液的外观、pH值、防锈性能以及烧结负荷，使用2年后采用常规的切削液再生处理设备处理后检测以上性能指标，以考察含有润滑剂的水基合成切削液的使用寿命及是否可以实现零排放，测试结果见表3。